Fiche de révision : Climats passés et réchauffement climatique

📋 Plan du Cours

1. Variations climatiques du Quaternaire
2. Indices des climats passés
3. Thermomètres isotopiques
4. Cycles orbitaux de Milanković
5. Insolation et rétroactions climatiques
6. Reconstituer les climats très anciens
7. Refroidissement du Cénozoïque
8. Prise de conscience climatique
9. Conséquences sur les écosystèmes et la santé
10. Atténuation et adaptation climatiques

📅 Repères chronologiques

1. 1896Svante Arrhenius prévoit qu’un doublement du taux de CO₂ dans l’air entraînerait un réchauffement de 4 °C.
2. 1988Le GIEC est créé et valide le constat de l’origine humaine du changement climatique.
3. 1995Le lien entre les émissions anthropiques de gaz à effet de serre et le changement climatique est clairement établi.
4. 1997Le protocole de Kyoto marque un accord des États sur un objectif de réduction des gaz à effet de serre.

📖 1. Variations climatiques du Quaternaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Quaternaire : Troisième et plus récente période géologique du Cénozoïque, dont le début est situé selon les géologues à 1,65 ou 2,6 millions d’années.

★ À maîtriser

• Depuis 150 ans, la température globale a augmenté de 1 °C en lien avec une modification du cycle biogéochimique du carbone provoquée par les activités humaines et les gaz à effet de serre.

• Depuis 2,6 millions d’années, le climat quaternaire alterne périodes glaciaires froides et périodes interglaciaires plus douces.

• La dernière période glaciaire a commencé il y a 120 000 ans, s’est achevée il y a 11 000 ans et a atteint son maximum froid il y a 20 000 ans.

Compléments

• Une partie des gaz à effet de serre est compensée par des puits de carbone, notamment les forêts et les océans, qui captent le CO₂.

• Au maximum de la dernière glaciation, le nord de l’Europe et les Alpes étaient recouverts de glace et le niveau marin était inférieur de 120 mètres au niveau actuel.

💡 Astuce mémo

Glaciaire froid, interglaciaire doux

📖 2. Indices des climats passés

🔑 Notions clés & Définitions

• Palynologie : Étude des grains de pollen, qui permet de reconstituer la végétation passée et, par association, le climat d’un lieu.

★ À maîtriser

📌 Le principe d’actualisme explique les phénomènes géologiques passés par les mêmes mécanismes que ceux observés aujourd’hui.

Compléments

• Les glaciers laissent, en descendant les pentes, des blocs et dépôts appelés moraines, qui constituent des indices de climats anciens.

• Les peintures rupestres renseignent sur la faune d’une époque et fournissent ainsi des indices sur son climat.

📖 3. Thermomètres isotopiques

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rapport isotopique est exprimé par $\delta^{18}\mathrm{O}=1000\times\left[\frac{(^{18}\mathrm{O}/^{16}\mathrm{O})_{\text{échantillon}}}{(^{18}\mathrm{O}/^{16}\mathrm{O})_{\text{référence}}}-1\right]$.

📌 Dans les précipitations neigeuses, des valeurs plus faibles de δ¹⁸O et de δD indiquent des températures locales plus froides.

• Les mesures de δ¹⁸O ou de δD dans les carottes glaciaires permettent de reconstituer l’évolution de la température globale sur les 800 000 dernières années.

Compléments

• L’oxygène 18 est l’isotope lourd de l’oxygène, tandis que l’oxygène 16 en est l’isotope léger.

• Lors de l’évaporation, H₂¹⁶O s’évapore plus facilement que H₂¹⁸O, tandis que H₂¹⁸O se condense plus facilement lors des précipitations.

• Les foraminifères planctoniques fabriquent une coquille calcaire qui se dépose au fond de l’océan après leur mort, et le δ¹⁸O de ces carbonates permet d’identifier des périodes glaciaires et interglaciaires sur les 800 000 dernières années.

💡 Astuce mémo

Plus froid → précipitations plus pauvres en isotopes lourds

📖 4. Cycles orbitaux de Milanković

🔑 Notions clés & Définitions

• Obliquité : Variation de l’inclinaison de l’axe terrestre ; son cycle dure 40 000 ans et une faible obliquité réduit le contraste saisonnier entre été et hiver.
• Excentricité : Variation de la forme de l’orbite terrestre ; son cycle dure 100 000 ans et une orbite presque circulaire réduit le contraste entre l’été et l’hiver.
• Précession : Variation de la direction de l’axe terrestre ; son cycle dure 20 000 ans et elle modifie le contraste saisonnier dans l’hémisphère Nord.

📝 Points essentiels

• Les variations des paramètres orbitaux sont causées par l’attraction gravitationnelle d’objets massifs ou proches du Système solaire, notamment Jupiter, Saturne et Vénus.

💡 Astuce mémo

L’axe terrestre oscille comme une toupie pendant que l’orbite change de forme

📖 5. Insolation et rétroactions climatiques

★ À maîtriser

• Les scientifiques calculent l’insolation à 65° de latitude Nord, région où les glaciers se forment et fondent, à partir des variations cycliques des paramètres orbitaux.

📌 Les variations de l’insolation et de la température mesurée par les rapports isotopiques sont positivement corrélées : une insolation accrue réchauffe la Terre et une insolation réduite la refroidit.

• Lors d’une entrée en glaciation, l’extension des glaces augmente l’albédo, diminue l’énergie solaire absorbée et amplifie le refroidissement.

• Lors d’un refroidissement, l’océan dissout davantage de CO₂, ce qui diminue le CO₂ atmosphérique et l’effet de serre, puis amplifie le refroidissement.

Compléments

• Les variations climatiques quaternaires comprennent des cycles longs d’environ 100 000 ans et des cycles courts d’environ 20 000 ans.

💡 Astuce mémo

Moins d’insolation → refroidissement → davantage de glace et d’albédo

📖 6. Reconstituer les climats très anciens

🔑 Notions clés & Définitions

• Paléoceinture climatique : Grande formation géologique caractéristique d’un climat ancien.
• Indice stomatique : Rapport entre le nombre de stomates de la face inférieure d’une feuille et le nombre total de cellules épidermiques de cette face, exprimé en pourcentage.

★ À maîtriser

• Les formations géologiques indiquent notamment les climats suivants :
  • Tillites : climat froid
  • Charbon : enfouissement rapide de matière végétale en climat humide tempéré à chaud
  • Bauxite et latérite : altération en climat chaud et humide
  • Évaporites : climat chaud et aride

Compléments

• L’étude des isotopes de l’oxygène et du calcium permet d’estimer les paléotempératures.

• L’abondance des stomates à la surface des feuilles est utilisée pour estimer la concentration passée de CO₂ atmosphérique.

• L’étude des roches détritiques et des roches sédimentaires carbonatées renseigne sur l’altération chimique des continents, processus qui consomme du CO₂.

📖 7. Refroidissement du Cénozoïque

★ À maîtriser

• Le Cénozoïque correspond aux 65 derniers millions d’années et, après une brève période chaude, ses 50 derniers millions d’années sont marqués par un refroidissement progressif aboutissant aux glaciations quaternaires.

• La formation de chaînes de montagnes entraîne l’altération des roches silicatées, qui consomme du CO₂, réduit sa concentration atmosphérique et l’effet de serre, puis provoque un refroidissement.

Compléments

• L’isolement du continent Antarctique aurait favorisé un courant circumpolaire, la formation d’une calotte glaciaire au pôle Sud et un refroidissement amplifié par l’albédo.

• La formation de chaînes de montagnes aurait fermé des bassins océaniques et supprimé un courant chaud intertropical qui redistribuait la chaleur à l’échelle du globe.

• Le Crétacé, de 135 à 65 millions d’années avant le présent, était une période chaude marquée par l’absence de calottes glaciaires et une forte teneur atmosphérique en CO₂, possiblement liée à l’expansion rapide des fonds océaniques et au volcanisme des dorsales.

• Au Carbonifère-Permien, la faible teneur atmosphérique en CO₂ est associée à l’altération de la chaîne hercynienne et au piégeage du carbone organique dans les bassins sédimentaires sous forme de charbon.

💡 Astuce mémo

Altération des reliefs → baisse du CO₂ atmosphérique → refroidissement

📖 8. Prise de conscience climatique

★ À maîtriser

• Le cinquième rapport du GIEC avertit que le réchauffement est inéluctable et qu’il faut éviter de dépasser +2 °C à l’horizon 2100. - 5ème rapport du GIEC

Compléments

📌 La sensibilisation au changement climatique est freinée par la confusion entre météorologie et climatologie, entre corrélation et causalité, ainsi que par la difficulté à appréhender les différentes échelles de temps.

💡 Astuce mémo

Arrhenius 1896 → GIEC 1988 → Kyoto 1997

📖 9. Conséquences sur les écosystèmes et la santé

★ À maîtriser

• Le réchauffement climatique modifie les conditions des biotopes, peut dégrader l’état sanitaire des organismes et perturber leur reproduction et leur développement, ce qui peut réduire rapidement les populations.

• La rapidité du changement climatique risque de ne pas laisser à la majorité des espèces le temps de migrer ou d’évoluer pour s’adapter.

• Les vagues de chaleur augmentent les risques de déshydratation et de fatigue cardiovasculaire, ainsi que les difficultés respiratoires, particulièrement en ville.

Compléments

• Certaines espèces déplacent leur aire de répartition vers les pôles ou en altitude et peuvent devenir invasives dans leurs nouveaux écosystèmes.

• Le changement climatique accroît la fréquence et l’intensité de phénomènes météorologiques extrêmes, notamment les incendies, les tempêtes et les inondations.

• Le changement climatique favorise la propagation de maladies tropicales par la migration de vecteurs, notamment le paludisme transmis par les moustiques et le chikungunya.

📖 10. Atténuation et adaptation climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Stratégie d’atténuation : Processus qui limite les émissions de gaz à effet de serre ou diminue leur concentration atmosphérique.
• Stratégie d’adaptation : Modifie les façons de produire, de consommer, d’habiter ou de se déplacer afin de faire face au changement climatique.

★ À maîtriser

• Les agrosystèmes fournissent de la biomasse, mais leur productivité est menacée par les sécheresses, les précipitations excessives, la baisse de la qualité des sols et l’augmentation des dégâts dus aux ravageurs et aux maladies des cultures.

• Le réchauffement climatique menace la sécurité alimentaire, particulièrement dans les pays les plus pauvres, alors que la croissance démographique se poursuit.

📌 Les recommandations du GIEC indiquent qu’il faut réduire les émissions mondiales de GES de 20 % d’ici 2030, puis les interrompre totalement vers 2075.

Compléments

• Les stratégies d’atténuation présentées comprennent le développement de sources d’énergie peu émettrices, telles que la géothermie, l’hydroélectricité, l’éolien et le solaire, ainsi que la reforestation et la végétalisation des villes.

• Une taxe carbone pénalise financièrement les émissions de GES des entreprises afin de les inciter à limiter leurs rejets.

💡 Astuce mémo

Atténuer réduit les émissions ; s’adapter modifie les pratiques